超级神冈探测器
超级神冈中微子探测实验
超级神冈探测器(英语:Super-Kamiokande,可缩写为Super-K或SK;日语:スーパーカミオカンデ),全名为超级神冈中微子探测实验(Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment),是日本东京大学岐阜县飞驒市神冈町的茂住矿山一个深达1000米的废弃矿中建造的大型中微子探测器。其目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子,并观测银河系超新星爆发
简介
超级神冈探测器(英语:Super-Kamiokande,可缩写为Super-K或SK;日语:スーパーカミオカンデ),全名为超级神冈中微子探测实验(Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment),是日本东京大学岐阜县飞驒市神冈町的茂住矿山一个深达1000米的废弃矿中建造的大型中微子探测器。其目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子,并观测银河系超新星爆发
描述
超级神冈探测器位于飞驒市神冈町的茂住山1,000米(3,300英尺)的地下。之所以盖在如此深的地层中是因为要阻隔其他的宇宙射线讯号。该设施主要部分是一个高41.4米、直径39.3米的不锈钢圆柱形的容器,盛有5万吨100%的超纯水,光是填满就要两周时间。水箱容量被分成由一个直径为33.8米(111英尺)和高度为36.2米(119英尺)的不锈钢上层结构的内部探测器(ID)区,和包括其余结构的外部探测器(OD)区。容器的内壁上安装有11200个光电倍增管,用于探测高速中微子在水中通过时产生的切连科夫辐射
探测器
超级神冈(SK)是用来研究从不同的来源中微子切连科夫辐射的一个探测器,包括太阳,超新星,大气,和加速器的质子衰变。实验开始于1996年4月,并于2001年7月停车检修,这一段时期被称为“SK-I”阶段。由于在维修过程中发生意外事故,实验在2002年10月继续,只有原来一半数量的光电倍增管。为了防止再发生意外事故,所有的光电倍增管都被覆盖的纤维增强塑料(FRP)与丙烯酸的前窗。这一阶段是从2002年10月到2005年10月为整个重建而做另一次关闭的阶段,被称为“SK-II”阶段。2006年7月,实验恢复了光电倍增管的完整数目,并在2008年9月停止实验而做电子设备的升级。这一时期被称为“SK-III”阶段。2008年后的时期被称为“SK-IV”阶段。所有阶段和它们的主要特性汇总于表1。
历史
这台探测器最初名为“神冈核子衰变实验”(KamiokaNDE),于1982年开始建造,1983年完工,圆柱形容器高16米,直径15.6米,装有3000吨水和大约1000只光电倍增管,目的是探测粒子物理学中的一个基本问题——质子衰变。1985年,探测器开始进行扩建,名为神冈核子衰变实验II期(KamiokaNDE-II),灵敏度大大提高。1987年2月,神冈探测器与美国的探测器共同发现了大麦哲伦云超新星1987A爆发时产生的中微子,这是人类首次探测到太阳系以外的天体产生的中微子。
尽管神冈探测器最初探测质子衰变的目标始终没有实现,但却可以接收来自太阳中微子,并且测量其入射的方向,研究太阳中微子缺失问题。20世纪90年代,神冈观测台耗资一亿美元建造了更大的探测器,名为超级神冈探测器(Super-KamiokaNDE),它的探测物质增加到了 50000 吨高度纯净的水。一句话总结,探测器在各方面都有了长足的改进。超级神冈探测器于1996年开始观测,其后自1998年起,超级神冈探测器开始发布探测结果。1998年,超级神冈探测器的领导者、日本科学家小柴昌俊发表了测量结果,给出中微子振荡的首个确切证据,认为中微子在三种不同“”之间是可以相互转换的,这也表明中微子是有质量的,而不是粒子物理标准模型中预言的零质量粒子。2002年,超级神冈探测器证实反应堆中产生的中微子发生了振荡。这个探测结果在中微子天文学粒子物理学中具有里程碑式的意义,小柴昌俊因此获得2002年的诺贝尔物理学奖
2001年11月12日,超级神冈探测器数千只光电倍增管由于连锁反应突然爆裂,随后工作人员重新排列了未损坏的光电倍增管,使其恢复了一部分工作能力,并加上了聚甲基丙烯酸甲酯保护壳,防止其进一步损坏。2005年7月到2006年6月,超级神冈探测器重新安装了6000只光电倍增管。
诺贝尔物理学奖
超级神冈探测器制造了数个诺贝尔物理学奖等级的成果,例如小柴昌俊(2002年)以及梶田隆章(2015年)。户冢洋二的贡献和梶田隆章相仿,但他在2008年去世,而诺贝尔奖不追认已经逝世的人。小柴、户冢、梶田三人为师徒关系,并为超级神冈探测器之共同创建者。
2015年10月6日,梶田隆章表示:“虽然结果上是我获得了诺贝尔奖...(中略)...我认为我的‘老师’的功劳更为重要。”韩国《朝鲜日报》指出,此处的“老师”就是已过世的户冢洋二。户冢被认为是“小柴最优秀的学生”。小柴昌俊曾表示,若户冢洋二能再多活十八个月,必能得奖。
大众文化中的超级神冈探测器
超级神冈探测器是德国摄影家安德列斯‧古尔斯基于2007年的作品《Kamiokande》之主题。该探测器亦成为美国科学纪录片 “《宇宙时空之旅》第四篇:层层深入”的主题之一。
成果
在1987年2月,一场超新星爆发SN1987A出现在大麦哲伦星系。在此次事件中,超级神冈探测器第一次侦测到超新星中微子。超级神冈探测器对这些中微子侦测到了11场事件。这次观测证实了超新星爆发理论的正确性,并开启了中微子天文学
1998年,超级神冈探测器首次发现了中微子震荡的强烈证据,其观测到了μ子中微子转变为τ子中微子的现象,这显示中微子具有质量。梶田隆章在该年的“中微子物理学・宇宙物理学国际会议”上发表该结果,并因此研究获得2015年的诺贝尔物理学奖
参见
参考资料
最新修订时间:2024-11-25 18:23
目录
概述
简介
描述
参考资料